《半導(dǎo)體物理與器件》線上線下混合式教學(xué)模式探究

郝華麗

【摘要】線上線下混合式教學(xué)模式是信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，其將線上資源和線下課堂有機(jī)結(jié)合起來(lái)，是提升教學(xué)效果的有效手段。本文以《半導(dǎo)體物理與器件》課程為例，分析課程目前存在現(xiàn)狀，針對(duì)存在問(wèn)題從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)、線上線下混合式教學(xué)實(shí)施過(guò)程、課程考核方式等方面進(jìn)行了探究與實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】線上線下;內(nèi)容設(shè)計(jì);資源庫(kù)建設(shè);教學(xué)實(shí)施;課程考核

【基金項(xiàng)目】黃淮學(xué)院教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2019XJGLX0136、2019XJGLX0103）;黃淮學(xué)院青年骨干教師資助計(jì)劃.

中圖分類(lèi)號(hào)：G212? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.17.090

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，信息技術(shù)如何更好地融入到教學(xué)中，打破傳統(tǒng)的以教師為主體的教學(xué)模式，發(fā)展為以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。我國(guó)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》指出：教育信息化的發(fā)展要以教育理念創(chuàng)新為先導(dǎo)，以優(yōu)質(zhì)教育資源和信息化學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)為基礎(chǔ)，以學(xué)習(xí)方式和教育模式創(chuàng)新為核心。線上線下混合式教學(xué)是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的提升，需要教師在學(xué)情分析、課程設(shè)計(jì)、考核評(píng)價(jià)等教學(xué)環(huán)節(jié)，充分利用線上教學(xué)和課堂教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，轉(zhuǎn)變教育理念、改變教學(xué)方法、更新學(xué)生認(rèn)知，從而全而提升課堂教學(xué)效果?！栋雽?dǎo)體物理與器件》是相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。如果以傳統(tǒng)的教師講授為主，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，學(xué)生參與度不高，教學(xué)難以達(dá)到預(yù)期效果。近年來(lái)，針對(duì)課程現(xiàn)狀，課題組對(duì)課程進(jìn)行教學(xué)改革和實(shí)踐，重新設(shè)計(jì)和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，借助超星學(xué)習(xí)通建設(shè)課程資源，采用以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，利用線上線下混合式教學(xué)模式，改革考核方式，取得了較好的效果。

1. 課程現(xiàn)狀分析

1.1 內(nèi)容較陳舊，理論知識(shí)繁多，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性不高

該課程理論較為深?yuàn)W、知識(shí)點(diǎn)多、涉及范圍廣、理論推導(dǎo)復(fù)雜、學(xué)科性很強(qiáng)，對(duì)于學(xué)生的數(shù)學(xué)物理的基礎(chǔ)要求較高。因而現(xiàn)行的教材特點(diǎn)及傳統(tǒng)教學(xué)方式大都強(qiáng)調(diào)繁瑣的理論推導(dǎo)，容易使學(xué)生陷入“只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林”的境地，在茫茫的公式海洋中逐步喪失學(xué)習(xí)興趣，影響了課程的教學(xué)質(zhì)量。此外，半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展非常迅速，新的理論和研究成果不斷呈現(xiàn)，知識(shí)更新快、學(xué)科交叉更深入，因此教師很難在有限的授課時(shí)間里覆蓋所有內(nèi)容。而此時(shí)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和探究問(wèn)題的能力就變得更加重要，但是由于該課程概念多、理論深、公式復(fù)雜，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性不高。

1.2 注重理論知識(shí)講授，學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力不足

目前半導(dǎo)體物理與器件課程的教學(xué)過(guò)程以理論講授為主，主要講解基本物理概念和理論，缺乏與實(shí)踐結(jié)合的綜合性案例分析來(lái)指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行工程實(shí)踐。雖然課題組已在整個(gè)半導(dǎo)體物理與器件的教學(xué)過(guò)程引入了研究性學(xué)習(xí)的思想，將科研中涉及半導(dǎo)體物理與器件的主要知識(shí)點(diǎn)融入教學(xué)中，但學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí)解決器件設(shè)計(jì)與應(yīng)用問(wèn)題的能力還不夠。學(xué)生還需在老師的指導(dǎo)下進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)踐和創(chuàng)新能力的訓(xùn)練，提高工程設(shè)計(jì)意識(shí)和綜合工程設(shè)計(jì)的能力。

1.3 教學(xué)模式較為單一

目前，“半導(dǎo)體物理與器件”課程主要采用傳統(tǒng)的教師講授為主的教學(xué)模式，并且該課程理論性較強(qiáng)，公式繁多，微觀物理現(xiàn)象抽象難懂，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。長(zhǎng)期采用這種教學(xué)方法，不利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新能力。

2. 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的“半導(dǎo)體物理與器件”課程內(nèi)容大多是先介紹半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí)，之后分別是PN結(jié)機(jī)理與特性，雙極型晶體管與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理、直流特性、頻率特性、功率特性和開(kāi)關(guān)特性，半導(dǎo)體器件制備技術(shù)等內(nèi)容。課題組從應(yīng)用型技術(shù)人才培養(yǎng)的目標(biāo)出發(fā)，以學(xué)生發(fā)展為中心，落實(shí)教育部提出的“金課”標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)際需求，打破原來(lái)純粹理論知識(shí)內(nèi)容的思想，提出基于應(yīng)用導(dǎo)向的“半導(dǎo)體物理與器件”的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)。教學(xué)內(nèi)容要能夠提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度、提高教學(xué)質(zhì)量，依據(jù)該理念，將教材內(nèi)容設(shè)計(jì)五個(gè)單元，分別是二極管、三極管、MOS場(chǎng)效應(yīng)管、其他常用半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體發(fā)展前沿。每一個(gè)單元內(nèi)容都是基于實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向，首先是應(yīng)用案例、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、情境展現(xiàn)。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)能及時(shí)反映新的技術(shù)進(jìn)展，涵蓋應(yīng)用中的基本概念及主要內(nèi)容，每部分內(nèi)容要有與應(yīng)用緊密結(jié)合的相應(yīng)設(shè)計(jì)實(shí)例。對(duì)于每一種常用器件特性及其物理機(jī)理，倡導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)軟件進(jìn)行模擬仿真，從而提升學(xué)習(xí)內(nèi)容的深度和挑戰(zhàn)度。

在進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，將課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化，按難度區(qū)分為識(shí)記類(lèi)、應(yīng)用類(lèi)、理解類(lèi)三個(gè)層次。結(jié)合線上與線下模式在專(zhuān)業(yè)課教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)，對(duì)不同層次知識(shí)點(diǎn)分別采用線上自主學(xué)習(xí)+線下研討交流等模式，有效運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)信息化的優(yōu)勢(shì)和便利，同時(shí)高效利用線下課堂。

3. 線上線下教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)

線上線下混合式教學(xué)中，需要大量豐富的教學(xué)素材供學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)。以“學(xué)習(xí)通”APP作為載體，根據(jù)前述理論教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)原則，教學(xué)資源應(yīng)以知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行構(gòu)建，如知識(shí)點(diǎn)講解視頻、配套教學(xué)PPT、演示動(dòng)畫(huà)等。設(shè)置學(xué)生自評(píng)和互動(dòng)模塊，讓學(xué)生可以在自己想學(xué)的時(shí)候根據(jù)自己的時(shí)間自由學(xué)習(xí)，方便學(xué)生與老師的互動(dòng)，提高半導(dǎo)體課程的教學(xué)質(zhì)量。

4. 教學(xué)實(shí)施過(guò)程

依據(jù)教學(xué)計(jì)劃，采取“以學(xué)生為中心”的6部教學(xué)法。教學(xué)過(guò)程主要分為課前、課中和課后三個(gè)教學(xué)階段。具體實(shí)施過(guò)程如下：

4.1 課前

教師通過(guò)學(xué)習(xí)通平臺(tái)發(fā)布自主學(xué)習(xí)視頻、PPT、預(yù)習(xí)任務(wù)等內(nèi)容，并進(jìn)行測(cè)試和反饋。教師通過(guò)收集學(xué)生對(duì)課前自測(cè)題存在的問(wèn)題，能及時(shí)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，便于課堂教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)，使課堂教學(xué)內(nèi)容更具有針對(duì)性。同時(shí)，學(xué)生通過(guò)觀看課前視頻對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行自學(xué)，與同伴交流增加了生生之間的互動(dòng)，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

4.2 課中

4.2.1 導(dǎo)入

通過(guò)情境或任務(wù)導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。比如，在學(xué)習(xí)三極管時(shí)，通過(guò)我國(guó)航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，可以激起學(xué)生的民族自豪感和自信心。同時(shí)，航空航天技術(shù)也離不開(kāi)基本的元器件三極管，引入要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

4.2.2 重難點(diǎn)講解

教師根據(jù)課前學(xué)習(xí)中存在問(wèn)題，課中有針對(duì)性進(jìn)行重難點(diǎn)講解，便于學(xué)生系統(tǒng)地掌握和理解知識(shí)內(nèi)容。

4.2.3 任務(wù)實(shí)施探究

針對(duì)不同教學(xué)任務(wù)，可以采取多種教學(xué)方法，如分組討論法，同伴教學(xué)法，實(shí)驗(yàn)探究法、仿真分析法等。下面分別對(duì)這幾種方法進(jìn)行介紹。

分組討論法。比如，在探討三極管的判斷原則時(shí)，可以通過(guò)分組討論法來(lái)解決，學(xué)生通過(guò)小組討論與總結(jié)，分享小組討論結(jié)果，并進(jìn)行小組互評(píng)，之后教師進(jìn)行分析總結(jié)。在這個(gè)過(guò)程中，可以鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和歸納總結(jié)能力。

同伴教學(xué)法。該方法是使用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的用于揭示學(xué)生概念錯(cuò)誤和引導(dǎo)學(xué)生深入探究的概念測(cè)試題，借助計(jì)算機(jī)應(yīng)答交互系統(tǒng)或選項(xiàng)卡片，引導(dǎo)學(xué)生參與教學(xué)過(guò)程，變傳統(tǒng)單一的講授為基于剖析概念的自主學(xué)習(xí)和合作探究，在大班課堂教學(xué)中能夠構(gòu)建一種學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、生生互動(dòng)、師生互動(dòng)的創(chuàng)新教學(xué)模式。

實(shí)驗(yàn)探究法。為了探究三極管的輸入輸出特性，可以通過(guò)讓學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究分析總結(jié)，教師根據(jù)學(xué)生總結(jié)結(jié)果再進(jìn)行補(bǔ)充。利用這種方式，不但能夠提高學(xué)生的參與度，體現(xiàn)以學(xué)生探究能力的培養(yǎng)為中心的教學(xué)理念，也能提升學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的能力等。

仿真分析法。對(duì)于二極管、三極管和場(chǎng)效應(yīng)管都可以利用multisim軟件仿真分析其特性，并能夠設(shè)計(jì)應(yīng)用電路。通過(guò)該方法，學(xué)生能夠利用工具進(jìn)行仿真分析，能夠激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，也能掌握一種專(zhuān)業(yè)技能。

4.2.4 總結(jié)分析

最后，教師根據(jù)課堂情況，對(duì)本節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。可以采用思維導(dǎo)圖方式，知識(shí)點(diǎn)清楚明了，重難點(diǎn)突出，并且知識(shí)比較系統(tǒng)，便于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)本節(jié)課內(nèi)容的理解和掌握。

4.3 課后

課后是知識(shí)的鞏固與拓展環(huán)節(jié)。根據(jù)學(xué)生課堂表現(xiàn)和任務(wù)完成情況，設(shè)定不同的課后任務(wù)。比如針對(duì)本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)問(wèn)題了解學(xué)生對(duì)內(nèi)容的掌握情況，為下一個(gè)課堂做準(zhǔn)備。為了提升課程的深度和廣度，提升學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力，讓學(xué)生分組設(shè)計(jì)制作簡(jiǎn)單的應(yīng)用產(chǎn)品，內(nèi)容包括：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件仿真分析、實(shí)物制作和調(diào)試，以及設(shè)計(jì)報(bào)告等。

5. 課程考核方式

本課程為考試課程。采用形成性考核、綜合性考核相結(jié)合的方式評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)成效。具體要求如表1。

6. 總結(jié)

本文對(duì)《半導(dǎo)體物理與器件》課程現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并對(duì)線上線下混合式教學(xué)中的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)資源建設(shè)、教學(xué)實(shí)施過(guò)程、課程考核方式等具體問(wèn)題進(jìn)行了相應(yīng)的探究，為后續(xù)混合式教學(xué)的實(shí)施奠定了一定的基礎(chǔ)。

目前，由于網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)的發(fā)展，混合式教學(xué)模式也必然會(huì)成為高校教學(xué)的主流趨勢(shì)，能夠改變傳統(tǒng)的以教師的教為主體的現(xiàn)狀，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生的學(xué)為主體的教學(xué)方式。通過(guò)課前下達(dá)任務(wù)，進(jìn)行線上自主學(xué)習(xí)，課前測(cè)試和反饋。課中教師進(jìn)行重難點(diǎn)講解，可采用分組討論法、同伴教學(xué)法、實(shí)驗(yàn)探究法、仿真分析法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法等方式最大程度地提升學(xué)生的參與度，能夠培養(yǎng)學(xué)生合作精神、科學(xué)探究精神等。課后是知識(shí)的鞏固和拓展，通過(guò)此環(huán)節(jié)，能夠檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，并能提升學(xué)習(xí)的深度、廣度和挑戰(zhàn)度?？傊?，通過(guò)線上線上混合式教學(xué)模式的探究，有助于提升教學(xué)效果。

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